CH643034A5 - Vorrichtung zur regelung des ladeluftdruckes an einer aufgeladenen brennkraftmaschine. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Ladeluftdruckes an einer aufgeladenen Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Erfindung bezweckt die Verwirklichung einer verbesserten Drehmomentcharakteristik der Brennkraftmaschine bei niedrigen Drehzahlen, ohne dass sich die maximale Maschinenleistung vergrössert.

Es ist eine Brennkraftmaschine mit einer Hilfsbrennkammer bekannt, bei der die Vorrichtung zur Regelung rein mechanisch arbeitet. Der Einfluss der verschiedenen Parameter, z.B. Sollwert und Grenzwert des Ladeluftdruckes, auf die Ab-5 Stimmung zwischen Brennkraftmaschine und Hilfsbrennkammer wird bei der bekannten Vorrichtung durch eine speziell auf die jeweils vorliegenden Verhältnisse abgestimmte Kurvenscheibe berücksichtigt. Die Form der Kurvenscheibe muss für jede Kombination einer Brennkraftmaschine mit einer io Hilfsbrennkammer neu ermittelt werden. Diese Abstimmarbeiten erfordern aufwendige Versuchsläufe auf dem Prüfstand, was die Produktion sehr unwirtschaftlich macht. Eine universelle Anwendbarkeit der bekannten Vorrichtung zur Regelung ist nicht gegeben. Ausserdem hat sich gezeigt, dass i5 die mechanisch arbeitende Vorrichtung mit erheblicher Tätigkeit behaftet ist und dass nicht alle Einflussgrössen in wünschenswerter Weise für eine optimale Abstimmung berücksichtigt werden können.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur 20 Regelung zu schaffen, die die Nachteile der bekannten mechanischen Vorrichtung vermeidet.

Die Erfindung ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1. Die Geräte, die Luftzufuhr und Brennstoffmenge für die Hilfsbrennkammer bestimmen, sind 25 somit nicht mehr mechanisch gekoppelt, sondern über eine aus mehreren Gliedern bestehende logische Schaltung miteinander verkettet.

Veränderbare Kurvenanpassglieder innerhalb der logischen Schaltung gestatten dabei die Abstimmung der Charak-30 teristik von Luftzufuhrregler und Kraftverstärker auf die jeweils verwendete Hilfsbrennkammer. Die Anpassung der Hilfsbrennkammer bei einer Kombination mit einer anderen Brennkraftmaschine ist durch Verstellen der Kurvenanpassglieder ohne weiteren Aufwand durchführbar. Weitere Aus-35 führungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 7 definiert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass aufgrund der einfachen Anpassbarkeit die Vorrichtung universell einsetzbar ist, dass die logische Verket-40 tung eine nur geringe Trägheit der Regelung ergibt, dass die gewünschte Drehmomentcharakteristik der Brennkraftmaschine treffsicher realisierbar ist, dass gegenüber der mechanischen Vorrichtung Bauteile wegfallen und dadurch Kosten, Platz und Gewicht eingespart werden, und dass auf einfache 45 Weise zusätzliche Einflussgrössen im Regelkreis berücksichtigt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher beschrieben.

Eine Brennkraftmaschine 11 wird von einem aus Abgas-50 turbine 13 und Verdichter 14 bestehenden Aufladeaggregat 12 mit vorverdichteter Ladeluft versorgt, die vor Eintritt in die Zylinder 16 einen Ladeluftkühler 15 durchströmt. Von der Ladeluftleitung 17 zweigt eine Leitung 18 ab, die Verbrennungsluft einer Hilfsbrennkammer 19 zuführt. Der durch eine 55 Leitung 22 in die Hilfsbrennkammer 19 eingespeiste Kraftstoff verbrennt, wonach das entstandene Abgas über eine Leitung 20 in die Abgasleitung 21 der Brennkraftmaschine 11 gelangt und neben dem Abgas aus der Brennkraftmaschine als zusätzliches Treibgas an der Abgasturbine 13 zur Verfü-60 gung steht.

Die Leistung der Hilfsbrennkammer 19 wird in der Weise geregelt, dass ihre Gaserzeugung ausreicht, um das Defizit in der Abgasmenge aus der Brennkraftmaschine zu decken und das Aufladeaggregat 12 in der Lage ist, einen gleichbleiben-65 den Ladeluftdruck in der Ladeluftleitung 17 zu erzeugen. Der Ladeluftdruck, der allein aus der Abgasmenge der Brennkraftmaschine 11 bei Vollast resultiert, soll dabei jedoch nicht überschritten werden.

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Mit einer durch einen regelbaren Elektromagneten 25 ver- der Kraftverstärker 36 von einem dem Ladeluftdruck propor-stellbaren Drosselklappe 23 in der Leitung 18 wird die zur tionalen Signal beeinflusst wird. In dieser Betriebsphase weist Hilfsbrennkammer 19 gelangende Luftmenge bestimmt, wäh- der Ladeluftdruck in der Ladeluftleitung 17 eine grosse Différend die zu dieser Luftmenge benötigte Kraftstoffmenge von renz zum Sollwert auf. Diese grosse Druckdifferenz kann nur einer Pumpe 24 geliefert wird, deren Fördervolumen durch ei- 5 ausgeglichen werden, wenn von der Hilfsbrennkammer 19 nen drehzahlgeregelten Elektromotor 26 veränderbar ist. eine entsprechende Menge Treibgas an die Abgasturbine 13

Die Stellung der Drosselklappe 23 und die Drehzahl des des Aufladeaggregates 12 geliefert wird. Der vom Proportio-Elektromotors 26 werden durch eine elektronische Schaltung nal-Regler 31 ausgehende Regelimpuls für den Luftzufuhrin Abhängigkeit des Ladeluftdruckes in der Leitung 17 gere- regier 35 ist daher so beschaffen, dass die Drosselklappe 23 gelt. In der Ladeluftleitung 17 ist dazu der Sensor 27 eines 10 eine Stellung für maximalen Luftdurchgang einnimmt. Dabei Druckaufnehmers 28 angeordnet, der ein dem momentanen ist in dieser ersten Betriebsphase nach Einschalten der Hilfs-Ladeluftdruck entsprechendes Istwertsignal abgibt. Über ei- brennkammer 19 die ihr zunächst zur Verfügung stehende nen Eingangsverstärker 29 gelangt das Istwertsignal zu einem Luftmenge noch gering, weil auch der Ladeluftdruck noch ge-Vergleicher 30, wo es mit der von einem Festwerteinsteller 32 ring ist und beide Grössen einander proportional sind. Der gelieferten, dem gewünschten gleichbleibenden Ladeluftdruck 15 Kraftverstärker 36 wird jedoch wegen der Schaltstellung des entsprechenden Führungsgrösse verglichen wird. Die dabei Umschalters 39 nicht vom Ausgangssignal des Proportionalermittelte Differenz ist das Eingangssignal für einen Propor- Reglers 31 beeinflusst, sondern vom Ausgangssignal des Ver-tional-Regler 31. Dessen Ausgangssignal ist eine der festge- stärkers 41, das, wie schon erwähnt, eine dem momentanen stellten Druckdifferenz proportionale Grösse und wird zur Ladeluftdruck proportionale Grösse ist. Das bedeutet, dass Umformung zwei Kurvenanpassgliedern 33 und 34 zuge- 20 bei geringem Ladeluftdruck, wie er bei Betriebsbeginn der führt, die je einem Luftzufuhrregler 3 5 bzw. einem Kraftver- Hilfsbrennkammer 19 in der Regel vorhanden ist, die Pumpe stärker 36 für die Brennstoffmengenregelung vorgeschaltet 24 vom Kraftverstärker 36 auch nur zu einer entsprechend gesind. Mit den Kurvenanpassgliedern 33,34 wird die Charak- ringen Förderleistung veranlasst wird. Die Hilfsbrennkam-teristik von Luftzufuhrregler 35 und Kraftverstärker 36 auf mer 19 wird dadurch in einem der jeweils zur Verfügung ste-die jeweils verwendete Hilfsbrennkammer 19 abgestimmt 25 henden Verbrennungsluftmenge entsprechenden Verhältnis bzw. die Hilfsbrennkammer 19 an die Brennkraftmaschine 11 mit Brennstoff versorgt, so dass von Betriebsbeginn eine opti-angepasst. Das heisst, es wird mit den Kurvenanpassgliedern male Verbrennung gewährleistet ist.

33,34 indirekt der Verlauf der Liefermenge pro Zeiteinheit der geregelten Geräte - Drosselklappe 23 und Pumpe 24 - ein- Erreicht der Ladeluftdruck einen vorbestimmten Grenzgestellt. 30 Wert, so erzeugt der Grenzwertgeber 42 ein Schaltkommando,

Das Ausgangssignal des Luftzufuhrreglers 35 ist die Stell- das den automatischen Umschalter 39 in seine andere Schalt-grösse für den Elektromagneten 25, dessen Hub stetig verän- Stellung kippen lässt. Dadurch ist dann der normale Betriebsderbar ist. Die jeweilige Stellung der Drosselklappe 23 wird zustand der Regelung gegeben, bei dem die Regelimpulse des durch einen Stellungsaufnehmer 37 kontrolliert und in Form Proportional-Reglers 31 auch am Kraftverstärker 36 wirksam eines Signals an einen Vergleicher 38 gemeldet, wo es mit dem 35 sind. Stellung der Drosselklappe 23 und Förderleistung der Ausgangssignal aus dem Kurvenanpassglied 33 verglichen Pumpe 24 werden dann mit dem der festgestellten Druckdiffe-wird und nur die dabei ermittelte Differenz das eigentliche renz proportionalen Signal des Proportional-Reglers 31 ver-Eingangssignal des Luftzufuhrreglers 35 ist. ändert.

Der Kraftverstärker 36 liefert ein Ausgangssignal in Form Durch die Zufuhr von zusätzlichem Gas aus der Hilfseiner variablen Speisespannung für den Elektromotor 26 der 40 brennkammer 19 zur Abgasturbine 13 des Aufladeaggregates Pumpe 24. Zwischen Proportional-Regler 31 und Kurvenan- 12 kann bei ungünstigen Betriebszuständen für die Abgastur-passglied 34 für die Brennstoffmengenregelung ist ein auto- bine 13 Überhitzungsgefahr eintreten. Zur Vermeidung dieser matischer Umschalter 39 angeordnet, der bei Erreichen eines Betriebsgefährdung ist vor Turbineneintritt in der Abgaslei-vorbestimmten Grenzwertes für den Ladeluftdruck seine tung 21 ein Sensor 43 eines Temperatur-Grenzwertaufneh-

Schaltstellung wechselt. Das Schaltkommando wird dem 45 mers 44 angeordnet. Bei Überschreiten der Temperaturgrenze Umschalter 39 von einem Grenzwertgeber 42 gegeben. Die er- beeinflusst der Temperatur-Grenzwertaufnehmer 44 den ste Schaltstellung des Umschalters 39 bewirkt, dass das Aus- Kraftverstärker 36 für die Brennstoffmengenregelung in gangssignal des Proportional-Reglers 31 vom Beginn des Richtung auf Verringerung der Brennstoffmenge für die

Brennkammerbetriebes an am Kurvenanpassglied 34 nicht Hilfsbrennkammer 19. Da die Hilfsbrennkammer 19 dann wirksam wird, sondern das nach dem Eingangsverstärker 29 50 mit grösserem Luftüberschuss arbeitet, sinkt die Temperatur bei 40 ausgekoppelte und über einen weiteren Verstärker 41 der erzeugten Gase.

geführte Istwertsignal, das eine dem momenten Ladeluft- Für die Funktion der vorstehend beschriebenen Vorrich-

druck proportionale Grösse ist. Durch diese Schaltungsmass- tung zur Regelung ist die Verwendung elektronischer Schalt-nahme wird erreicht, dass bei Beginn des Brennkammerbe- elemente nicht zwingend erforderlich. Ebensogut ist die Vertriebes das Ausgangssignal des Proportional-Reglers 31 zu- 55 Wendung von pneumatisch oder hydraulisch arbeitenden Lo-nächst nur am Luftzufuhrregler 35 wirksam wird, während gikelementen oder deren Kombination möglich.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

643 034 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Regelung des Ladeluftdruckes an einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei welcher die Luftzufuhr und Brennstoffmenge einer Hilfsbrennkammer derart gesteuert wird, dass aus der Hilfsbrennkammer zeitweise zusätzliches Gas zur Abgasturbine des Aufladeaggregates in Abhängigkeit von der momentanen Abgasmenge aus der Brennkraftmaschine geliefert wird, so dass während Betriebszeiten der Hilfsbrennkammer das Aufladeaggregat einen gleichbleibenden Ladeluftdruck erzeugt, der den allein aus der Abgasmenge der Brennkraftmaschine bei Vollast resultierenden Ladeluftdruck nicht übersteigt, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Ladeluftleitung (17) der Brennkraftmaschine (11) angeordneter Sensor (27) einen Druckaufnehmer (28) beeinflusst, der ein dem momentanen Ladeluftdruck entsprechendes Istwertsignal abgibt, das über einen Eingangsverstärker (29) zu einem Vergleicher (30) gelangt, wo es mit der von einem Festwerteinsteller (32) gelieferten, dem gleichbleibenden Ladeluftdruck entsprechenden Füh-rungsgrösse verglichen wird, und die ermittelte Differenz das Eingangssignal für einen Proportional-Regler (31) ist, dessen Ausgangssignal zur Umformung zwei Kurvenanpassgliedern (33,34) zugeführt wird, von welchen eines einem Luftzufuhrregler und das andere einem Kraftverstärker (36) für die Brennstoffmengenregelung vorgeschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Kurvenanpassglied (34) für die Brennstoffmengenregelung ein automatischer, bei Erreichen eines vorbestimmten Grenzwertes für den Ladeluftdruck kippender Umschalter (39) angeordnet ist, so dass vom Beginn des Hilfs-brennkammerbetriebes bis zum Erreichen des vorbestimmten Grenzwertes das zwischen Eingangsverstärker (29) und Vergleicher (30) ausgekoppelte und über einen Zwischenverstärker (41) geführte Istwertsignal den Kraftverstärker (36) für die Brennstoffmengenregelung beeinflusst und erst nach Kippen des Umschalters (39) das Ausgangssignal des Proportio-nal-Reglers (31) am Kraftverstärker (36) für die Brennstoffzufuhr wirksam ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Eintritt der Abgasturbine (13) der Sensor (43) eines Temperatur-Grenzwertaufnehmers (44) angeordnet ist, der ein den Kraftverstärker (36) für die Brennstoffmengenregelung zusätzlich beeinflussendes Grenzwertsignal liefert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Brennstoffversorgung der Hilfsbrennkammer (19) ein eine Pumpe (24) antreibender Motor (26) vorhanden ist, dessen Drehzahl zur Regelung der zu fördernden Brennstoffmenge veränderbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (18) für die Verbrennungsluft der Hilfsbrennkammer (19) eine Drosselklappe (23) angeordnet ist, deren Stellung durch einen regelbaren Antrieb (25) gesteuert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellungs-Aufnehmer (37) die Stellung der Drosselklappe (23) kontrolliert und ein der Drosselklappenstellung entsprechendes Istwertsignal an den Eingang des Luftzufuhr-Reglers (35) abgibt.